[发明专利]一种电动汽车非接触充电负载自适应匹配装置及控制方法

权利要求书

1.一种电动汽车非接触充电负载自适应匹配装置，包括三相整流装置、非接触充电电能转换装置、直流降压电路、控制器、电压电流采样电路A、电压电流采样电路B、电压电流采样电路C和蓄电池；

三相整流装置的输出电压U₁通过控制器输出的占空比信号A进行调节，输出电压U₁输出至非接触充电电能转换装置；非接触充电电能转换装置的输出电压U₂与三相整流装置输出电压U₁比例关系为U₂=mU₁，m为系数，输出电压U₂输出至直流降压电路；直流降压电路的输出电压U₀输出至蓄电池；电压电流采样电路A采集三相整流装置的输出电压U₁和输出电流I₁，传输至控制器；电压电流采样电路B采集非接触充电电能转换装置的输出电压U₂和输出电流I₂，传输至控制器；电压电流采样电路C采集直流降压电路输出电压U₀和输出电流I₀，传输至控制器；控制器根据电压电流采样电路A、电压电流采样电路B和电压电流采样电路C采集到的电压和电流信号，通过负载自适应匹配控制方法进行计算，得到占空比信号A和占空比信号B的值，占空比信号A输入三相整流装置调节其输出电压U₁，占空比信号B输入直流降压电路；控制器输出“占空比信号A”至三相整流装置，调节三相整流装置输出电压U₁，根据非接触充电电能转换装置输入电压U₁和输出电压U₂的关系，间接调节非接触充电电能转换装置的输出电压U₂；控制器输出“占空比信号B”至直流降压电路，使得直流降压电路输出电压和电流比值变化时，保持直流降压电路前端输入电压U₂、电流I₂的比值不变。

2.应用于权利要求1所述装置的一种电动汽车非接触充电负载自适应匹配控制方法，控制过程分为参数初始匹配阶段和自适应调节阶段两个阶段，具体为：

参数初始匹配阶段包括以下几个步骤：

步骤A.对未上电时蓄电池两端电压信号进行采样，得到电压E(k)，通过电压电流采样电路C将电压E(k)输入到控制器；

步骤B.根据蓄电池两端电压E(k)判断电池状态，确定进行恒流充电或者恒压充电；

具体为：对E(K)进行判断，在控制器中预设电压值E(0)，E(k)大于或等于预设的电压值E(0)时，对电池进行恒压充电；E(k)小于预设的电压值E(0)时，对电池进行恒流充电；

步骤C.充电方式的判断结束后，进行供电，控制器输出占空比信号A至输出电压可调的三相整流装置，输出占空比信号B至直流降压电路，占空比信号A为α₁(0)，占空比信号B为α₂(0)，α₁(0)、α₂(0)为预设值；

步骤D.供电后通过电压电流采样电路C对蓄电池两端的电压U_o(k)、电流I_o(k)进行采样，结合之前测到的未上电之前的蓄电池两端的电压值E(k)，获取占空比信号，具体为：

（1）当进行恒流充电时，在控制器内依照公式（1）、（2）、（3）进行计算：

Uo(k+1)=Io(0)·Uo(k)-E(k)Io(k)+E(k)---(1)]]>

α2(k+1)=Uo(k+1)Io(0)·RL---(2)]]>

U1(k+1)=Uo(k+1)α2(k+1)·m---(3)]]>

式中：U_o(k+1)为匹配后蓄电池两端的电压值，I_o(0)为恒流充电式充电电流值，E(k)为未上电之前的蓄电池两端的电压值E(k)，U_o(k)为供电后通过电压电流采样电路C在蓄电池两端采集到的电压，I_o(k)为供电后通过电压电流采样电路C在蓄电池上采集到的电流，α₂(k+1)为此时匹配后的占空比信号B的值，R_L为非接触充电电能转换装置工作在最优效率时所需等效电阻值，U₁(k+1)为匹配后三相整流装置所需输出的电压，m为非接触充电电能转换装置输入电压U₁和输出电压U₂比例关系，U₂=mU₁；计算后得到占空比信号B的值α₂(k+1)以及三相整流装置所需输出的电压U₁(k+1)，再根据三相整流装置内部的关系计算出占空比信号A的值α₁(k+1)，将两个占空比信号输入所对应的的设备，完成参数的初始匹配；

（2）当进行恒压充电时，在控制器内依照公式（4）、（5）、（6）进行计算：

Io(k+1)=Uo(0)-E(k)Uo(k)-E(k)·Io(k)---(4)]]>

α2(k+1)=Uo(0)Io(k+1)·RL---(5)]]>

U1(k+1)=Uo(0)α2(k+1)·m---(6)]]>

式中：I_o(k+1)为匹配后通过蓄电池电流值，U_o(0)为恒流充电式充电电流值，E(k)为未上电之前的蓄电池两端的电压值E(k)，U_o(k)为供电后通过电压电流采样电路C在蓄电池两端采集到的电压，I_o(k)为供电后通过电压电流采样电路C在蓄电池上采集到的电流，α₂(k+1)为匹配后占空比信号B的值，R_L为非接触充电电能转换装置工作在最优效率时所需等效电阻值，U₁(k+1)为匹配后三相整流装置所需输出的电压，m为非接触充电电能转换装置输入电压U₁和输出电压U₂比例关系，U₂=mU₁；计算后得到占空比信号B的值α₂(k+1)以及三相整流装置所需输出的电压U₁(k+1)，再根据三相整流装置内部的关系计算出占空比信号A的值α₁(k+1)，控制器将两个占空比信号输入所对应的的设备，完成参数的初始匹配；

自适应调节阶段包括以下几个步骤：

步骤A.充电方式判断，根据参数初始匹配阶段的判断结果，参数初始匹配阶段中进行恒流充电匹配，继续恒流充电；参数初始匹配阶段中进行恒压充电匹配，继续恒压充电；

步骤B.对蓄电池充电电压U_o(k)、充电电流I_o(k)以及非接触充电电能转换装置的输出电压U₂(k)、电流I₂(k)进行采样；

步骤C.判断蓄电池充电电压U_o(k)是否达到预设恒压充电电压U_o(0)，如果达到，恒流充电转为恒压充电，转入步骤E；如果未达到，继续恒流充电，转入步骤D；

步骤D.恒流充电情况下，按周期Δt进行蓄电池充电电压U_o(k)、充电电流I_o(k)以及非接触充电电能转换装置的输出电压U₂(k)、电流I₂(k)的采样；判断非接触充电电能转换装置的输出电压U₂(k)、电流I₂(k)的比值偏离非接触充电电能转换装置工作在最优状态下的等效阻值R_L是否超过ΔR、电池充电电流I_o(k)偏离预设充电电流I_o(0)是否超过ΔI₀，如果两者都未偏离预设值，重新进行蓄电池充电电压U_o(k)、充电电流I_o(k)以及非接触充电电能转换装置的输出电压U₂(k)、电流I₂(k)的采样，监视电路工作状态；如果两者有一个偏离预设值，运行匹配子程序A，匹配子程序A结束后重新进行蓄电池充电电压U_o(k)、充电电流I_o(k)以及非接触充电电能转换装置的输出电压U₂(k)、电流I₂(k)进行采样，监视电路工作状态；

匹配子程序A具体为：以步长ΔU₁、周期Δt₁增大三相整流装置的输出电压U₁(N)，通过电压电流采样电路C对蓄电池充电电压U_o(N+1)、充电电流I_o(N+1)进行采样，此过程进行三个周期，得到第一周期的采样结果U_o(1)、I_o(1)，第二周期的采样结果U_o(2)、I_o(2)，第三周期的采样结果U_o(N3)、I_o(3)，以上为匹配子程序A的数据采集方式，Δt₁为数据的采集周期，采样结果输入到控制器，依照公式（2）、（3）、（7）、（8）依次进行计算：

Ri=Uo(1)-Uo(2)Io(1)-Io(2)+Uo(2)-Uo(3)Io(2)-Io(3)2---(7)]]>

U_o(k+1)＝U_o(1)-R_i·I_o(1)+R_i·I_o(0)       (8)

式中：R_i为计算所得蓄电池内阻，U_o(1)、I_o(1)为蓄电池第一周期的采样电压和电流，U_o(2)、I_o(2)为蓄电池第二周期的采样电压和电流，U_o(3)、I_o(3)为蓄电池第三周期的采样电压和电流，U_o(k+1)为匹配后蓄电池两端的电压值，I_o(0)为恒流充电式充电电流值，α₂(k+1)为此时匹配后的占空比信号B的值，R_L为非接触充电电能转换装置工作在最优效率时所需等效电阻值，U₁(k+1)为匹配后三相整流装置所需输出的电压，m为非接触充电电能转换装置输入电压U₁和输出电压U₂比例关系，U₂=mU₁；计算后得到占空比信号B的值α₂(k+1)以及三相整流装置所需输出的电压U₁(k+1)，再根据三相整流装置内部的关系计算出占空比信号A的值α₁(k+1)，控制器将两个占空比信号输入所对应的的设备，完成占空比信号A和占空比信号B的匹配，匹配子程序A结束；

步骤E.恒压充电情况下，按周期Δt进行蓄电池充电电压U_o(k)、充电电流I_o(k)以及非接触充电电能转换装置的输出电压U₂(k)、电流I₂(k)的采样；将蓄电池充电电流I_o(k)与预设值I_o(1)比较，如果I_o(k)大于I_o(1)继续充电；如果I_o(k)小于或等于I_o(1)，则充电结束；其中预设的I_o(1)值为充电结束的电流判定值，根据蓄电池的参数确定；

继续充电时，判断非接触充电电能转换装置的输出电压U₂(k)、电流I₂(k)的比值偏离非接触充电电能转换装置工作在最优状态下的等效阻值R_L是否超过ΔR、电池充电电流U_o(k)偏离预设充电电流U_o(0)是否超过ΔU₀，如果两者都未偏离预设值，重新进行蓄电池充电电压U_o(k)、充电电流I_o(k)以及非接触充电电能转换装置的输出电压U₂(k)、电流I₂(k)的采样，监视电路工作状态；如果两者有一个偏离预设值，运行匹配子程序B，匹配子程序B结束后重新进行蓄电池充电电压U_o(k)、充电电流I_o(k)以及非接触充电电能转换装置的输出电压U₂(k)、电流I₂(k)进行采样，监视电路工作状态；

匹配子程序B与匹配子程序A的数据采集方式相同，所不同的在于控制器计算、匹配α₁(k+1)、α₂(k+1)步骤，控制器依照公式（5）、（6）、（7）、（9）进行计算：

Io(k+1)=Uo(0)-Uo(1)+Ri·Io(1)Ri---(9)]]>

式中：R_i为计算所得蓄电池内阻，U_o(1)、I_o(1)为蓄电池第一周期的采样电压和电流，U_o(2)、I_o(2)为蓄电池第二周期的采样电压和电流，U_o(3)、I_o(3)为蓄电池第三周期的采样电压和电流，I_o(k+1)为匹配后蓄电池两端的电流值，U_o(0)为恒压充电式充电电压值，α₂(k+1)为此时匹配后的占空比信号B的值，R_L为非接触充电电能转换装置工作在最优效率时所需等效电阻值，U₁(k+1)为匹配后三相整流装置所需输出的电压，m为非接触充电电能转换装置输入电压U₁和输出电压U₂比例关系，U₂=mU₁；计算后得到占空比信号B的值α₂(k+1)以及三相整流装置所需输出的电压U₁(k+1)，再根据三相整流装置内部的关系计算出占空比信号A的值α₁(k+1)，控制器将两个占空比信号输入所对应的的设备，完成占空比信号A和占空比信号B的匹配，匹配子程序B结束。

3.根据权利要求2所述的一种电动汽车非接触充电负载自适应匹配控制方法，所述的预设电压值E(0)为锂电池电池荷电状态为90%时所对应的电压。